I sistemi ottici utilizzano i dati acquisiti dai sensori di immagine per triangolare la posizione 3D di un soggetto tra due o più telecamere calibrate per fornire proiezioni sovrapposte. L’acquisizione dei dati è tradizionalmente implementata utilizzando marcatori speciali collegati a un attore; tuttavia, i sistemi più recenti sono in grado di generare dati accurati tracciando le caratteristiche della superficie identificate dinamicamente per ogni particolare soggetto. Il monitoraggio di un gran numero di esecutori o l’espansione dell’area di acquisizione è realizzato con l’aggiunta di più telecamere. Questi sistemi producono dati con tre gradi di libertà per ciascun marcatore e le informazioni di rotazione devono essere dedotte dall’orientamento relativo di tre o più marcatori; ad esempio i marcatori di spalla, gomito e polso che forniscono l’angolo del gomito. I nuovi sistemi ibridi combinano sensori inerziali con sensori ottici per ridurre l’occlusione, aumentare il numero di utenti e migliorare la capacità di tracciare senza dover pulire manualmente i dati.
Passivo markersEdit
I sistemi ottici passivi utilizzano marcatori rivestiti con un materiale retroriflettente per riflettere la luce generata vicino all’obiettivo della fotocamera. La soglia della fotocamera può essere regolata in modo da campionare solo i marcatori riflettenti luminosi, ignorando pelle e tessuto.
Il centroide del marcatore è stimato come una posizione all’interno dell’immagine bidimensionale che viene catturata. Il valore in scala di grigi di ogni pixel può essere utilizzato per fornire precisione sub-pixel trovando il centroide della gaussiana.
Un oggetto con marcatori fissati in posizioni note viene utilizzato per calibrare le telecamere e ottenere le loro posizioni e viene misurata la distorsione dell’obiettivo di ciascuna telecamera. Se due telecamere calibrate vedono un marcatore, è possibile ottenere una correzione tridimensionale. In genere un sistema sarà composto da circa 2 a 48 telecamere. Esistono sistemi di oltre trecento telecamere per cercare di ridurre lo scambio di marcatori. Sono necessarie telecamere aggiuntive per una copertura completa del soggetto di cattura e di più soggetti.
I fornitori hanno un software di vincolo per ridurre il problema dello scambio di marcatori poiché tutti i marcatori passivi appaiono identici. A differenza dei sistemi di marcatori attivi e dei sistemi magnetici, i sistemi passivi non richiedono all’utente di indossare fili o apparecchiature elettroniche. Invece, centinaia di palline di gomma sono attaccate con nastro riflettente, che deve essere sostituito periodicamente. I marcatori sono di solito attaccati direttamente alla pelle (come in biomeccanica), o sono velcroed ad un esecutore che indossa un completo corpo spandex/lycra tuta progettato specificamente per motion capture. Questo tipo di sistema in grado di catturare un gran numero di marcatori a frame rate di solito intorno 120 a 160 fps anche se abbassando la risoluzione e il monitoraggio di una regione più piccola di interesse possono tenere traccia fino a 10000 fps.
Attiva markerEdit
Attiva i sistemi ottici di triangolazione delle posizioni da illuminare un LED alla volta molto velocemente o più Led con software per identificare le loro posizioni relative, un po ‘ come la navigazione celeste. Piuttosto che riflettere la luce posteriore che viene generata esternamente, i marcatori stessi sono alimentati per emettere la propria luce. Poiché la legge quadrata inversa fornisce un quarto della potenza a due volte la distanza, questo può aumentare le distanze e il volume per la cattura. Ciò consente anche un elevato rapporto segnale-rumore, con conseguente jitter del marker molto basso e una conseguente elevata risoluzione di misura (spesso fino a 0,1 mm all’interno del volume calibrato).
La serie TV Stargate SG1 ha prodotto episodi utilizzando un sistema ottico attivo per il VFX che consente all’attore di camminare intorno a oggetti di scena che renderebbero difficile la cattura del movimento per altri sistemi ottici non attivi.
ILM ha usato marcatori attivi in Van Helsing per consentire la cattura delle spose volanti di Dracula su set molto grandi simili all’uso di marcatori attivi da parte di Weta in Rise of the Planet of the Apes. L’alimentazione di ciascun marcatore può essere fornita in sequenza in fase con il sistema di cattura che fornisce un’identificazione univoca di ciascun marcatore per un dato fotogramma di cattura a un costo per il frame rate risultante. La capacità di identificare ogni marcatore in questo modo è utile nelle applicazioni in tempo reale. Il metodo alternativo per identificare i marcatori è farlo algoritmicamente richiedendo un’elaborazione aggiuntiva dei dati.
Ci sono anche possibilità di trovare la posizione utilizzando marcatori LED colorati. In questi sistemi, ogni colore è assegnato a un punto specifico del corpo.
Uno dei primi sistemi di marcatori attivi negli anni ‘ 80 era un sistema ibrido passivo-attivo mocap con specchi rotanti e marcatori riflettenti in vetro colorato e che utilizzava rivelatori di array lineari mascherati.
Tempo modulata attivo markerEdit
Marker attivo sistemi può essere ulteriormente raffinato da strobe un marcatore alla volta, o il monitoraggio di più marcatori nel tempo e modulando l’ampiezza o la larghezza di impulso di fornire marcatore ID. i sistemi modulati a risoluzione spaziale da 12 megapixel mostrano movimenti più sottili rispetto ai sistemi ottici da 4 megapixel avendo una risoluzione spaziale e temporale più elevata. I registi possono vedere le prestazioni degli attori in tempo reale, e guardare i risultati sul motion capture guidato carattere CG. Gli ID marker univoci riducono il turnaround, eliminando lo scambio di marker e fornendo dati molto più puliti rispetto ad altre tecnologie. I LED con elaborazione integrata e sincronizzazione radio consentono la cattura del movimento all’aperto alla luce diretta del sole, catturando da 120 a 960 fotogrammi al secondo grazie a un otturatore elettronico ad alta velocità. L’elaborazione computerizzata degli ID modulati consente una minore pulizia manuale o risultati filtrati per minori costi operativi. Questa maggiore precisione e risoluzione richiede più elaborazione rispetto alle tecnologie passive, ma l’elaborazione aggiuntiva viene eseguita sulla fotocamera per migliorare la risoluzione tramite un’elaborazione subpixel o centroide, fornendo sia alta risoluzione che alta velocità. Questi sistemi di motion capture sono in genere $20.000 per un otto fotocamera, 12 megapixel risoluzione spaziale del sistema 120 hertz con un attore.
Semi-passivo impercettibile markerEdit
Si può invertire l’approccio tradizionale basato su telecamere ad alta velocità. Sistemi come Prakash utilizzano proiettori ad alta velocità multi-LED economici. I proiettori IR multi-LED appositamente costruiti codificano otticamente lo spazio. Invece di marcatori a diodi emettitori di luce (LED) retroriflettenti o attivi, il sistema utilizza tag marcatori fotosensibili per decodificare i segnali ottici. Collegando tag con sensori fotografici ai punti di scena, i tag possono calcolare non solo la propria posizione di ciascun punto, ma anche il proprio orientamento, illuminazione incidente e riflettanza.
Questi tag di tracciamento funzionano in condizioni di illuminazione naturale e possono essere impercettibilmente incorporati in abbigliamento o altri oggetti. Il sistema supporta un numero illimitato di tag in una scena, con ogni tag identificato in modo univoco per eliminare i problemi di riacquisizione dei marker. Poiché il sistema elimina una telecamera ad alta velocità e il corrispondente flusso di immagini ad alta velocità, richiede una larghezza di banda di dati significativamente inferiore. I tag forniscono anche dati di illuminazione incidente che possono essere utilizzati per abbinare l’illuminazione della scena quando si inseriscono elementi sintetici. La tecnica sembra ideale per la cattura del movimento sul set o la trasmissione in tempo reale di set virtuali, ma deve ancora essere dimostrata.
Underwater motion capture systemEdit
La tecnologia Motion capture è stata disponibile per ricercatori e scienziati per alcuni decenni, il che ha dato nuove informazioni in molti campi.
Telecamere underwatermodifica
La parte vitale del sistema, la fotocamera subacquea, ha un alloggiamento impermeabile. L’alloggiamento ha una finitura che resiste alla corrosione e al cloro che lo rende perfetto per l’uso in bacini e piscine. Ci sono due tipi di telecamere. Le telecamere industriali ad alta velocità possono essere utilizzate anche come telecamere a infrarossi. Le telecamere subacquee a infrarossi sono dotate di uno stroboscopio a luce ciano al posto della tipica luce IR – per una caduta minima sott’acqua e il cono delle telecamere ad alta velocità con una luce a LED o con la possibilità di utilizzare l’elaborazione delle immagini.
Misura volumeEdit
Una macchina fotografica subacquea è in genere in grado di misurare 15-20 metri a seconda della qualità dell’acqua, la fotocamera e il tipo di indicatore utilizzato. Non sorprende che la gamma migliore si ottenga quando l’acqua è limpida e, come sempre, il volume di misurazione dipende anche dal numero di telecamere. Una gamma di marcatori subacquei sono disponibili per diverse circostanze.
TailoredEdit
Diverse piscine richiedono diversi supporti e infissi. Pertanto, tutti i sistemi di acquisizione del movimento subacqueo sono personalizzati in modo univoco per soddisfare ogni specifica rata della piscina. Per le telecamere posizionate al centro della piscina, sono forniti treppiedi appositamente progettati, utilizzando ventose.
MarkerlessEdit
Le tecniche emergenti e la ricerca nella visione artificiale stanno portando al rapido sviluppo dell’approccio markerless alla motion capture. Sistemi markerless come quelli sviluppati presso la Stanford University, l’Università del Maryland, MIT, e il Max Planck Institute, non richiedono soggetti di indossare attrezzature speciali per il monitoraggio. Speciali algoritmi informatici sono progettati per consentire al sistema di analizzare più flussi di input ottici e identificare le forme umane, scomponendole in parti costitutive per il tracciamento. ESC intrattenimento, una sussidiaria della Warner Brothers Pictures creato appositamente per consentire virtuale cinematografia, tra cui fotorealistica look-alike per le riprese di ” The Matrix Reloaded e Matrix Revolutions film, usato una tecnica chiamata Universale di Acquisizione che hanno utilizzato l’7 impostazione della fotocamera e il monitoraggio del flusso ottico di tutti i pixel su tutti i 2-D piani di telecamere per il movimento, il gesto e l’espressione del viso di acquisizione portando a risultati fotorealistici.
Sistemi tradizionalimodifica
Tradizionalmente markerless motion tracking ottico viene utilizzato per tenere traccia su vari oggetti, tra cui aerei, veicoli di lancio, missili e satelliti. Molte di queste applicazioni di tracciamento del movimento ottico si verificano all’aperto, richiedendo diverse configurazioni di lenti e telecamere. Le immagini ad alta risoluzione del bersaglio monitorato possono quindi fornire più informazioni rispetto ai dati di movimento. L’immagine ottenuta dal sistema di tracciamento a lungo raggio della NASA sul lancio fatale dello space shuttle Challenger ha fornito prove cruciali sulla causa dell’incidente. Sistemi di tracciamento ottico sono utilizzati anche per identificare veicoli spaziali noti e detriti spaziali, nonostante il fatto che ha uno svantaggio rispetto al radar in quanto gli oggetti devono essere riflettendo o emettendo luce sufficiente.
Un sistema di tracciamento ottico consiste tipicamente di tre sottosistemi: il sistema di imaging ottico, la piattaforma di tracciamento meccanico e il computer di tracciamento.
Il sistema di imaging ottico è responsabile della conversione della luce dall’area di destinazione in immagine digitale che il computer di tracciamento può elaborare. A seconda del design del sistema di tracciamento ottico, il sistema di imaging ottico può variare da semplice come una fotocamera digitale standard a specializzato come un telescopio astronomico sulla cima di una montagna. La specifica del sistema di imaging ottico determina il limite superiore della portata effettiva del sistema di tracciamento.
La piattaforma di tracciamento meccanico detiene il sistema di imaging ottico ed è responsabile della manipolazione del sistema di imaging ottico in modo tale che punti sempre al bersaglio tracciato. La dinamica della piattaforma di tracciamento meccanico combinata con il sistema di imaging ottico determina la capacità del sistema di tracciamento di mantenere il blocco su un bersaglio che cambia rapidamente velocità.
Il computer di tracciamento è responsabile dell’acquisizione delle immagini dal sistema di imaging ottico, dell’analisi dell’immagine per estrarre la posizione del bersaglio e del controllo della piattaforma di tracciamento meccanico per seguire il bersaglio. Ci sono diverse sfide. In primo luogo il computer di monitoraggio deve essere in grado di catturare l’immagine ad un frame rate relativamente alto. Questo pubblica un requisito sulla larghezza di banda dell’hardware di acquisizione delle immagini. La seconda sfida è che il software di elaborazione delle immagini deve essere in grado di estrarre l’immagine di destinazione dal suo sfondo e calcolare la sua posizione. Diversi algoritmi di elaborazione delle immagini dei libri di testo sono progettati per questa attività. Questo problema può essere semplificato se il sistema di tracciamento può aspettarsi determinate caratteristiche comuni a tutti gli obiettivi che traccerà. Il prossimo problema lungo la linea è quello di controllare la piattaforma di monitoraggio per seguire il bersaglio. Questo è un tipico problema di progettazione del sistema di controllo piuttosto che una sfida, che comporta la modellazione delle dinamiche del sistema e la progettazione di controller per controllarlo. Ciò diventerà tuttavia una sfida se la piattaforma di tracciamento con cui il sistema deve lavorare non è progettata per il tempo reale.
Il software che esegue tali sistemi sono anche personalizzati per i componenti hardware corrispondenti. Un esempio di tale software è OpticTracker, che controlla telescopi computerizzati per tracciare oggetti in movimento a grandi distanze, come aerei e satelliti. Un’altra opzione è il software SimiShape, che può essere utilizzato anche ibrido in combinazione con i marcatori.